视觉研究的真实模型——信息模型：从几何光学到信息载体的范式重构视觉研究的核心

视觉研究的真实模型——信息模型：从几何光学到信息载体的范式重构

视觉研究的核心矛盾在于：传统几何光学模型将光简化为无信息属性的几何线，而真实视觉本质是信息解码过程。这一矛盾导致视觉生理学长期陷入“无源之水”的困境。以下从范式批判与信息模型重构角度展开分析：

一、几何光学模型的根本性缺陷

1. 抽象过度：信息的湮灭

  - 错误简化：几何光学将光波抽象为“光线”，仅保留传播方向（几何属性），却舍弃了光波的**强度、频率、相位、偏振态**等物理性质。这些被舍弃的维度恰恰是光作为信息载体的核心特征。

  - 逻辑循环：定义“光是沿直线传播的几何线”后，又将“光线传播路径”作为视觉成像的终极解释，陷入同义反复。这无法回答“光传播的究竟是什么”这一本质问题。

2. 视网膜像的“空洞性”

  - 虚假起点：几何光学描述的视网膜像仅由几何点构成，缺乏光波的物理属性信息。当神经机制研究以此为基础时，实际上是在研究“无信息输入”的系统如何产生视觉，违背信息论基本法则。

  - 因果断裂：若视网膜像不包含强度、颜色（频率）、方向等信息，感光细胞将无法启动有效光电转换，后续神经编码更无从谈起。

二、信息模型的核心框架

1. 理论基础：

1-光作为信息载体

  - 光信号的定义：光波是携带多维信息的电磁场扰动，其信息维度包括：

   - 强度（光子密度）→ 亮度感知

   - 频率（波长）→ 颜色编码

   - 方向（光沿直线传播）→ 空间视觉

     2-信息传递链： 

   外界物体 → 调制光波信息 → 眼球光学系统（滤波信息传递通道）→ 视网膜信息解码 → 神经编码 → 皮层信息整合再现

三 、与几何光学的本质区别

  - 研究对象：从“光线的路径”转向“光波的信息属性”

  - 核心问题：从“如何成像”转向“如何传递与解码信息”

  四、范式转换的科学意义

1. 理论重构：

  - 将视觉研究从“几何投影-神经关联”的机械框架，升级为“信息传递-解码-重构”的信息统一系统。

  - 光波信息属性与神经编码规则的物理化学。

2. 跨学科融合： 

  - 物理学：光波信息的物理属性频率、强度、方向

  - 信息论：视觉的信息传递、转换、处理、整合、再现

  - 视觉结构、功能及神经科学、生物化学等等相关学科。

五、挑战与未来方向

- 量化瓶颈：如何建立光波信息维度（频率、强度、方向）与神经响应间的定量模型

- 理论整合：将信息模型与传统模型的关系明确化——几何光学可作为信息传递的“方向（沿直线传递）描述”，而非视觉本质的解释框架。

结论

视觉研究的真实模型必须回归光的本质——**电磁波作为信息载体**，而非几何光线的空洞投影。只有构建以信息传递与解码为核心的新范式，才能揭示从光信号（光子捕获）到视觉（意识体验）的完整链条。

这一转变不仅是理论的革新，更是解锁视觉、治疗失明、开发类脑AI的关键钥匙。抛弃“无信息”的几何模型，拥抱光的信息本质，视觉科学方能走出迷雾，迎来真正的黎明。